COVID-19 tem impulso de impressão 3-D para o centro das atenções

Nos primeiros dias da resposta à pandemia de COVID-19, a impressão 3-D era uma estrela, ganhando as manchetes a torto e a direito. Aparentemente, todo mundo estava imprimindo algo para o hospital local.

Meses depois, o número de histórias divulgando as maneiras como a impressão 3D pode ser usada para imprimir equipamentos de proteção individual (EPI) e peças para ventiladores diminuiu. No entanto, o papel da tecnologia na luta contra o vírus continuou a evoluir.

Quando o COVID-19 foi lançado, os EUA, junto com o resto do mundo, foram pegos de surpresa. À medida que a demanda por EPI explodiu, os suprimentos de protetores faciais, ventiladores e máscaras se esgotaram.

Enfrentando esse terrível conjunto de circunstâncias, indivíduos e empresas vasculharam seus cérebros pensando em como poderiam aliviar a situação. Para aqueles equipados com impressoras 3-D, a decisão foi simples:colocá-los para trabalhar fazendo peças.

Em poucos dias, aficionados, oficinas de trabalho, fabricantes contratados e empresas semelhantes estavam colocando seus equipamentos de manufatura aditiva para trabalhar para imprimir EPI. Uma miríade de arquivos CAD disparados ao redor do mundo na velocidade da luz, de divisores de ventilador a conceitos de máscara de substituição e protetores faciais. Os designs eram frequentemente otimizados para o processo de impressão, o que reduzia o tempo e o esforço pré e pós-processamento.

Os designs tornaram-se produtos tangíveis quase que instantaneamente por meio da impressão 3-D. A técnica é um poster da transição da Indústria 4.0, porque as máquinas exigem pouco ou nenhum tempo de configuração. Basta carregar a máquina com o material certo, fazer upload de um CAD ou arquivo de fatia bem projetado, inserir os parâmetros, clicar em imprimir e você terá as peças em minutos ou horas.

Ainda assim, havia algumas deficiências associadas ao uso da impressão 3-D para aliviar a escassez de PPE. Muitos hospitais tiveram que descartar as peças impressas doadas porque não atendiam às especificações necessárias. Alguns processos de impressão 3-D, por exemplo, não eram capazes de imprimir peças herméticas, tornando certas peças da máscara inutilizáveis.

Em resposta, o Instituto Nacional de Inovação na Fabricação de Aditivos, os Institutos Nacionais de Saúde, Administração de Alimentos e Medicamentos e o Departamento de Assuntos para Veteranos entraram em uma colaboração para examinar e aprovar projetos viáveis ​​rapidamente. O esforço ajudou a padronizar os esforços de impressão. No entanto, muitos fabricantes provavelmente não sabiam dessa câmara de compensação para projetos.

Outra desvantagem da resposta imediata da impressão 3-D ao COVID-19 era o foco nos componentes, e não na montagem de produtos inteiros. Por exemplo, designs de tiaras impressas para protetores faciais foram aprovados, mas componentes complementares, como protetores faciais transparentes e faixas elásticas, foram adquiridos por meio de canais tradicionais. Embora a impressão de tais materiais seja possível com impressoras 3-D, eles são normalmente caros e apenas prontamente processados ​​por máquinas industriais selecionadas. Isso tornou a produção em grande escala desses itens impraticável. Com o tempo, até mesmo esses aplicativos limitados acabaram sendo encaixotados, à medida que soluções mais econômicas se tornaram disponíveis.

Então, o impacto da impressão 3-D na resposta do COVID-19 foi um flash na panela? Dificilmente. Na verdade, ele fez a transição para se tornar uma entrada nos bastidores para tecnologias de produção mais econômicas.

Como destaca a resposta do PPE, as impressoras 3-D são boas em iterar rapidamente os conceitos de design e obter produtos tangíveis e funcionais em mãos. A velocidade inicial e o baixo custo inicial tornam a impressão 3-D excelente para prototipagem funcional. Uma vez que o design está bloqueado, no entanto, outras tecnologias normalmente acabam sendo opções melhores. Embora o custo das primeiras unidades impressas em 3-D seja menor do que o de uma ferramenta de moldagem por injeção, uma vez que a ferramenta é construída, o tempo e o custo variável por unidade autônoma é muito baixo, permitindo que ultrapasse as impressoras 3-D se houver alta quantidades são necessárias. Em última análise, o impacto da impressão 3-D na luta contra COVID-19 é em apoio aos processos legados.

Uma maneira da tecnologia fazer isso é por meio de ferramentas, a criação de instrumentos personalizados para auxiliar no processo de fabricação. As aplicações de ferramentas variam amplamente, desde segurar uma peça no lugar até garantir o posicionamento adequado de uma característica estética. Normalmente, as ferramentas podem ser fabricadas usando impressoras de mesa de extrusão de material amigáveis ​​ao consumidor. Embora haja uma variedade de aplicações de ferramentas impressas, uma das aplicações mais úteis na resposta do COVID-19 foi a criação de inserções impressas 3-D para ferramentas de molde de injeção. Mais notavelmente, isso é feito em contextos comerciais com impressoras 3-D de fusão de leito de pó. Esses sistemas são capazes de imprimir inserções de metal altamente complexas que podem ser usadas em moldes de injeção. Eles são projetados com canais de resfriamento conformados integrados, que permitem o fluxo de um líquido refrigerante - normalmente água - para resfriar o metal quente, comprimindo ativamente as peças moldadas. Historicamente, eles foram perfurados em linhas retas. Mas com as ferramentas impressas, os canais podem girar e girar de uma forma que os canais tradicionais não podem. Como resultado, os moldes de injeção que usam essas pastilhas resfriam mais rapidamente, alcançando tempos de ciclo mais rápidos e maior produção de peças.

COVID-19 chamou a atenção para a impressão 3-D. Capaz de iterar rapidamente em novos projetos e peças de fabricação para lidar com a escassez de PPE, a técnica provou ser uma parte valiosa e altamente flexível dos esforços de resposta inicial. À medida que os designs preferidos eram aprovados e bloqueados, a impressão 3-D fazia cada vez mais a transição para o suporte de processos de manufatura mais tradicionais com ferramentas impressas. Tanto então como agora, ele desempenhou um papel valioso na fabricação de EPI e na resposta COVID-19.

Cullen Hilkene é fundador e CEO da 3Diligent.